NLR-7301高升力翼型绕流评估计算

探讨了在二维高升力多段翼型绕流计算中附面层网格采用各向异性三角形网格的技术。通过对经典的NLR-7301两段翼型绕流的计算,从数值计算角度评估了自研混合网格雷诺平均N-S方程求解软件对该类型附面层网格的解算能力。通过与确认试验数据对比,在附面层采用各向异性三角形网格进行二维高升力多段翼型绕流计算,其结果具有较高的可信度。在此基础上,采用同样策略,评估了多段翼型绕流计算中翼型后缘的几何处理、湍流模型选取等关键CFD要素对计算结果的影响。

升力从何而来

本文以Kutta-Joukowski关于升力的环量理论L=ρUΓ为例,探讨翼型获得升力的物理原因。基于无黏势流理论早期的解释(其中环量Γ由经验的Kutta条件决定)和Kelvin定理有矛盾,这个矛盾只能在黏性有旋流框架里得到解决,尽管现在或可从无黏理论导出Kutta条件。具体的机制是:即使流场内的黏性力小到可以忽略,纵横过程在边界上的黏性耦合也会产生涡量而形成薄边界层,它通过元涡力(Lamb矢量)产生侧力,并在通常情况下和总压梯度相互平衡。但在某些特定的流动条件下,如直匀流绕过有迎角的尖后缘翼型(或旋转圆柱),这两种力的积分在流体内无法互相平衡。这在数学上表现为速度势和流函数有多值性或奇异性,在物理上表现为绕翼型的非零环量和作用在物体上的侧力。在翼型起动时流形成的黏性非定常分离流的演化过程中,这些机制会相继出现,Kutta条件形成的时刻标志着机翼环量和尾流起动涡开始形成。至此,黏性有旋流已能为升力的起源提供完整自洽的解释。

湍流模型系数不确定度对翼型绕流模拟的影响

使用非嵌入式多项式混沌方法研究了湍流模型系数的不确定度对RAE2822跨声速翼型绕流模拟的影响。计算中关注了数值模拟的积分量(升力系数、阻力系数)和局部量(壁面压力、摩擦系数和空间马赫数分布)的不确定度量化结果。首先,从单输入变量入手,研究卡门常数的不确定度对数值模拟的影响。然后,同时考虑Spalart-Allmaras模型中9个参数的不确定度带来的影响。通过多项式混沌展开,得到系统输出对不确定输入变量的响应,由此可以得到输出的统计特性,包括平均值、方差和极值等信息。最后,在多变量不确定度量化过程中,通过Sobol指标来量化每个输入变量的不确定度对输出不确定度的贡献程度。本文计算只考虑了RAE2822跨声速翼型模拟的单一计算状态,影响规律是否可以推及其他工况和算例需要进一步检验。